气象模型优化了海上风电场的布置

斯坦福大学的一个工程师团队已使用复杂的天气模型来计划为美国东海岸计划的四个互连风电场的最佳布置。

高级作者，土木与环境工程学教授马克·雅各布森（Mark Z. Jacobson）说：“这是任何人第一次使用高分辨率气象数据来规划海上风电的位置。”“而且这种复杂性为网格计划提供了更深层次的理解。”

该地区占该国电力需求的34％，并造成该国二氧化碳排放量的35％。下一步自然是优化风电场等可再生能源的布局。

但是为什么要打扰呢？有什么优化要做？

风不会一直持续吹。有时它会掉落，在这种情况下，突然间没有电产生。那么，当每个人都希望自己的空调运转时，在炎热的夏天没有风的时候会发生什么呢？

对于美国东海岸而言，这尤其棘手，因为被称为百慕达高地的气象现象-会影响整个东海岸风的高压中心-随之而来的是风暴和强风的缺乏。

该研究的主要作者，斯坦福大学土木与环境工程专业的博士研究生迈克·德​​沃拉克（Mike Dvorak）说：“在马萨诸塞州的某些地区，百慕达海风增强了海风。”“但是在纽约长岛以南已经提出了一个海上电网的建议中，百慕大高地的作用却相反，常常会阻碍海风。”

“直到最近，大规模的风能资源评估还忽略了时间方面。Dvorak说：“我们在一天和一年中的特定时间将高峰生产力与高峰需求相匹配。”“我们的分析使生产与需求匹配。”

他们是如何做到的

工程师们从美国东海岸的12个充满活力的潜在位置开始，然后将这个位置缩小到目前的4个。上图中以红色勾勒出了这四个地点，计划在这些地点使用的农场将各自拥有约100台涡轮机，最大发电能力为500兆瓦，从而形成一个互连的2000兆瓦电网。这大约相当于一个半传统燃煤发电厂的年产能。

“两千兆瓦的发电量和四个农场的发电量有些随意。大小和位置可以根据经济，环境和政策考虑进行调整。” Jacobson说。

德沃拉克说：“作为该地区陆上网格的扩展，海上网格将提高可靠性，同时减少区域之间的拥堵和能源价格差异，” Dvorak说。

技术挑战

雅各布森说：“农场必须在不到50米深的水中，以允许使用底部安装的涡轮机以及靠近波士顿和纽约这样的城市负荷中心。”“而且，我们希望使功率输出平稳，降低每小时的斜坡速率并减少零功率时间。”

因此，工程师决定在海上农场建立互连的电网。

德沃夏克说：“目标是使生产中的高峰和低谷均匀。”“在我们的模型中，昂贵的无电事件（单个风力发电场产生零电的时刻）通过将各个发电场连接在一起而减少了一半以上，从9％减少到4％。”

在一年的时间里，互连的电网能够产生48％的容量系数，这意味着它可以全年可靠地平均平均发电近1000兆瓦。

雅各布森说：“通常，对于风电场而言，任何超过35％的平均容量都被认为是极好的。”